基于AdvantEdge的Ti6Al4V鈦合金多工步切削加工表面殘余應(yīng)力分析

黃雨,孫付春,陳云,楊柳

1成都大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;2成都大學(xué)國(guó)資處;3成都工具研究所有限公司

1 引言

由于鈦合金在高溫條件下具有卓越的性能(高強(qiáng)度、高斷裂韌性和耐腐蝕性等),被廣泛應(yīng)用于航天航空、海洋、化工等領(lǐng)域[1]。然而,鈦合金具有低熱導(dǎo)率特性,其在切削加工過(guò)程中易出現(xiàn)溫度集中,容易影響加工表面平整度,縮短刀具使用壽命。同時(shí),鈦合金化學(xué)活性強(qiáng),在300℃時(shí)幾乎能與所有刀具發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致生成變質(zhì)污染層,繼而影響刀具性能,使其容易發(fā)生缺口、崩刃等現(xiàn)象。因此,相比于其他金屬,鈦合金的加工費(fèi)用往往會(huì)更加昂貴。高昂的加工費(fèi)用決定了鈦合金的切削加工性能不適合采用大批量實(shí)驗(yàn)研究,且在實(shí)際的加工過(guò)程中,鈦合金的加工往往采用多次切削工藝完成,此過(guò)程中工件多步受載、多步馳豫,這對(duì)實(shí)驗(yàn)加工和參數(shù)測(cè)量的硬件條件提出了很高的要求。因此,基于有限元法的鈦合金多工步切削加工模擬仿真具有較大的實(shí)際意義,已有諸多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究,李炎軍等[2]建立了兩工步切削有限元模型,通過(guò)將第一工步切削完成后的應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)作為初始邊界條件,加載到第二工步切削過(guò)程中,結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著切削速度增加,加工表面殘余應(yīng)力增大,且殘余應(yīng)力主要分布在距已加工表面0～0.5mm的深度范圍內(nèi)。

殘余應(yīng)力作為加工表面完整性的重要衡量指標(biāo),在多工步切削工藝的研究中占有重要地位。Abboud E.等[3]通過(guò)切削Ti6Al4V和Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo發(fā)現(xiàn),切削速度、進(jìn)給量和刀具圓弧半徑對(duì)表面殘余應(yīng)力均有明顯影響,但切削深度的影響較小。對(duì)于TC4來(lái)說(shuō),在進(jìn)給量較小時(shí),隨著刀尖圓弧半徑增大,表面殘余應(yīng)力增加;隨著進(jìn)給量增加,表面殘余壓應(yīng)力減小。同時(shí),在相同進(jìn)給量條件下,Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo表面的殘余壓應(yīng)力比TC4增加50%左右。宋緒浩[4]建立了鈦合金兩工步切削仿真模型,研究了多工步切削對(duì)切削形態(tài)、切削力以及加工表面殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,結(jié)果表明,多工步切削會(huì)導(dǎo)致已加工表面殘余壓應(yīng)力增大。Nasr M.N.A.[5]通過(guò)有限元模擬測(cè)量了AISI1045在多工步切削工況下溫度、切削力、應(yīng)力應(yīng)變和塑性應(yīng)變等參數(shù),分析各種殘余應(yīng)力的分布情況,通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),殘余應(yīng)力分布不同的主要原因是各工步切削的初始應(yīng)力狀態(tài)不同。在金屬加工過(guò)程中,刀具涂層作為化學(xué)屏障和熱屏障,能避免刀具與工件間的直接接觸,減少二者間的相互擴(kuò)散,提升刀具抗氧化、抗黏結(jié)和抗磨損性能,最終達(dá)到提升刀具壽命、改善工件表面質(zhì)量和提高切削效率的目的。?zel T.等[6]對(duì)無(wú)涂層、單層和多層涂層WC/Co硬質(zhì)合金刀具在干式切削TC4過(guò)程中的切削性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,使用多層涂層刀具在較高的切削速度下產(chǎn)生了較大的切削力,但表現(xiàn)出良好的抗磨損性能。陳響明[7]計(jì)算了TiN/MT-TiCN/Al2O3/TiN多層復(fù)合涂層中的殘余應(yīng)力分布,利用X射線(xiàn)應(yīng)力儀測(cè)試了樣品中的殘余應(yīng)力,研究表明,基體和涂層間細(xì)小的熱膨脹率差別會(huì)在涂層中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,且噴砂和噴丸可有效增加涂層中的裂紋密度,釋放涂層中的殘余應(yīng)力。Breidenstein B.等[8]對(duì)AISI4140和TC4兩種不同基體的涂層硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn),結(jié)果表明,涂層殘余應(yīng)力與刀具磨損有相關(guān)性,尤其與磨損類(lèi)型相關(guān);提高刀具表面TiAlN涂層(物理氣相沉積法)及基體的殘余壓應(yīng)力水平后,刀具抵抗牙洼磨損、后刀面磨損及崩刃的能力相應(yīng)提高;基體附近殘余應(yīng)力為較高的殘余壓應(yīng)力水平時(shí),刀具抵抗崩刃的能力更強(qiáng)。

綜上所述,針對(duì)TC4鈦合金多工步切削工藝及已加工表面殘余應(yīng)力的研究已有諸多文獻(xiàn)進(jìn)行了報(bào)道,刀具涂層對(duì)切削性能及已加工表面殘余應(yīng)力的影響也已經(jīng)有學(xué)者進(jìn)行了探討。然而,涂層刀具多工步切削TC4鈦合金工況下,刀具涂層對(duì)不同工步已加工表面殘余應(yīng)力的影響規(guī)律還少有人研究。因此,本文基于有限元金屬切削仿真軟件AdvantEdge,結(jié)合已有文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)和仿真數(shù)據(jù),分析了不同刀具涂層在不同切削工步條件下TC4鈦合金已加工表面殘余應(yīng)力的分布規(guī)律,為殘余應(yīng)力控制提供參考。

2 有限元模型

2.1 幾何模型

基于Third Wave AdvantEdge有限元軟件建立二維正交切削模型,工件尺寸為2mm×1.25mm,工件材料選用TC4鈦合金,刀具材料選用硬質(zhì)合金(本模型中刀具默認(rèn)為剛體),工件、刀具材料的性能參數(shù)如表1所示。切削過(guò)程中伴隨大變形和金屬熱軟化效應(yīng),因此TC4的本構(gòu)方程選用Johnson-Cook模型[1],其函數(shù)表達(dá)式為

表1 Ti6Al4V和硬質(zhì)刀具材料參數(shù)[1]

(1)

各參數(shù)取值如表2所示,同時(shí),設(shè)定加工工藝參數(shù)如表3所示,如無(wú)特殊說(shuō)明,表1～表3的設(shè)置適用于本文后續(xù)內(nèi)容。

表2 Ti6Al4V的Johnson-Cook參數(shù)

表3 Ti6Al4V加工工藝參數(shù)

2.2 網(wǎng)格劃分及殘余應(yīng)力提取

在AdvantEdge軟件中采用自適應(yīng)網(wǎng)格和連續(xù)網(wǎng)格劃分的拉格朗日法,其優(yōu)點(diǎn)是能精確表述結(jié)構(gòu)邊界運(yùn)動(dòng)。網(wǎng)格粗化系數(shù)指網(wǎng)格快速粗化至最大尺寸的速度,其決定單元變形后的粗化程度,網(wǎng)格細(xì)化系數(shù)指網(wǎng)格細(xì)化至最小尺寸的速度,其決定網(wǎng)格細(xì)化的程度,本文的網(wǎng)格粗化系數(shù)選用默認(rèn)值6,網(wǎng)格細(xì)化系數(shù)設(shè)為2。對(duì)刀具和工件分開(kāi)設(shè)置網(wǎng)格大小,以便使仿真精度更高。工件切削區(qū)域最小網(wǎng)格單元尺寸為0.02mm,最大單元尺寸為0.1mm;刀具最小網(wǎng)格單元為0.02mm,最大單元網(wǎng)格為0.1mm。G為網(wǎng)格劃分等級(jí)參數(shù),范圍為0.1～1,其大小決定了靠近切削刃區(qū)域由粗網(wǎng)格向細(xì)網(wǎng)格轉(zhuǎn)化的快慢程度,為節(jié)約時(shí)間且不影響仿真精度,本文選用G=0.4。

有限元分析處理工件材料的卸載過(guò)程包括卸載和去約束兩個(gè)步驟,如圖1所示。在工件已加工表面中點(diǎn)位置,沿已加工表面法線(xiàn)方向提取h=1mm深度的殘余應(yīng)力路徑作為工作路徑。在正交直角切削過(guò)程中,工件材料的變形只發(fā)生在切削平面上(即x-y平面),其中,S11和S22分別代表x方向(切削方向)和y方向。由于隨著加工表面深度的增加,S11方向殘余應(yīng)力較S22方向波動(dòng)較大且起主導(dǎo)作用,因此,本文主要研究S11方向上的殘余應(yīng)力。

圖1 殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)提取路徑

2.3 切削接觸模型

鈦合金進(jìn)行加工時(shí),刀—工接觸區(qū)的摩擦對(duì)刀具壽命、切削熱和加工表面有重要影響。在切削過(guò)程中,刀具與工件間發(fā)生劇烈摩擦,包括前刀面與流動(dòng)切屑之間的摩擦和后刀面與已加工表面的摩擦,如圖2所示。對(duì)于前刀面與切屑的接觸,一般認(rèn)為存在黏結(jié)區(qū)和滑動(dòng)區(qū),作用于前刀面上的法向應(yīng)力和摩擦應(yīng)力沿前刀面的分布規(guī)律如圖3所示。摩擦因數(shù)對(duì)仿真結(jié)果有明顯的影響,在黏結(jié)區(qū),剪應(yīng)力為固定值,與材料的屈服應(yīng)力相等;在滑動(dòng)區(qū),摩擦因數(shù)μ為常數(shù),AdvantEdge FEM使用庫(kù)倫摩擦模型,文中摩擦因數(shù)μ=0.2,即

圖2 切削加工摩擦

圖3 前刀面法向應(yīng)力與摩擦應(yīng)力分布

(2)

式中,τcrit為剪應(yīng)力;τ為摩擦應(yīng)力;σ為法向應(yīng)力。

2.4 模型驗(yàn)證

為了驗(yàn)證本文模型的準(zhǔn)確性,參考文獻(xiàn)[9]的算例,其參數(shù)為:工件材料為T(mén)C4鈦合金,工件長(zhǎng)度9mm,工件高度3mm;刀具材料為Carbide-Grade-k型硬質(zhì)合金刀具,刀具切削刃半徑0.02mm,前角5°,后角10°;進(jìn)給量fc=0.1mm/r,背吃刀量ap=1mm,切削速度v=40m/min,刀具切削長(zhǎng)度6mm。圖4為二維切削仿真模擬過(guò)程,圖5為切削結(jié)束后S11方向上距初始切削位置3mm處、h=0～1mm的殘余應(yīng)力分布圖,其中,紅色圓點(diǎn)線(xiàn)表示文獻(xiàn)值,黑色三角形點(diǎn)線(xiàn)表示本文仿真值。從圖5可知,本文仿真值和文獻(xiàn)值吻合較好,充分證明了本文模型的準(zhǔn)確性。

圖4 仿真模擬過(guò)程

圖5 距加工表面0～1mm范圍內(nèi)的殘余應(yīng)力分布

3 殘余應(yīng)力分析

3.1 切削速度對(duì)殘余應(yīng)力分布影響

為探究切削速度對(duì)殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,設(shè)進(jìn)給量fc=0.04mm/r,背吃刀量ap=0.7mm,切削速度分別為30m/min,60m/min,80m/min,100m/min。按照前文所述殘余應(yīng)力提取方法,得到不同切削速度作用下已加工表面中點(diǎn)位置殘余應(yīng)力沿距離h的分布,如圖6所示,圖6a和圖6b分別表示第一工步和第二工步切削后的結(jié)果。可知,在不同切削速度條件下,殘余應(yīng)力的分布趨勢(shì)趨于一致,即隨著h增大,壓應(yīng)力先增大到極大值(或拉應(yīng)力先減小到極小值),隨后壓應(yīng)力減小到極小值(或拉應(yīng)力增大到極大值),最后殘余應(yīng)力趨近于0。采用有限元法對(duì)多工步切削過(guò)程的殘余應(yīng)力進(jìn)行模擬,一般認(rèn)為加工表層的殘余壓應(yīng)力是由加工過(guò)程中的機(jī)械載荷作用產(chǎn)生的塑性變形所引起,而殘余拉應(yīng)力則是由切削熱產(chǎn)生的熱膨脹所引起[10],最終加工表層所殘留的殘余應(yīng)力則是由機(jī)械載荷和熱載荷共同作用產(chǎn)生。從圖6a可知,當(dāng)h=0mm時(shí),隨著切削速度增加,殘余應(yīng)力有向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。這是因?yàn)榍邢魉俣仍龃?意味著切削同等距離的工件所用時(shí)間減少,從而導(dǎo)致刀具切削相同距離材料時(shí)散熱時(shí)間減少,最終引起切削表面溫度增大,熱載荷作用逐漸大于機(jī)械載荷作用,導(dǎo)致殘余應(yīng)力向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變。然而,從圖6b可知,當(dāng)h=0mm時(shí),第二工步切削后的殘余應(yīng)力暫無(wú)上述規(guī)律可循,這是因?yàn)榈谝还げ角邢鬟^(guò)后,其已加工表層會(huì)殘留塑性變形、殘余應(yīng)力等不確定因素,導(dǎo)致第二工步切削時(shí)的初始條件極其復(fù)雜,從而使殘余應(yīng)力無(wú)法滿(mǎn)足上述規(guī)律。

(a)第一工步

此外,圖6a還顯示,隨著切削速度增加,最大殘余應(yīng)力會(huì)增大。這是因?yàn)榍邢魉俣仍黾?單位時(shí)間內(nèi)金屬的去除量增加,同時(shí)工件所受切削力隨之增加,即此時(shí)的工件表層的殘余應(yīng)力主要受機(jī)械載荷作用影響。然而,由于同樣的原因,第二工步切削后的最大殘余應(yīng)力暫無(wú)上述規(guī)律可循。對(duì)比圖6a和圖6b發(fā)現(xiàn),在相同切削速度條件下,第二工步所引起的殘余應(yīng)力會(huì)大于第一工步。這是由于在連續(xù)切削過(guò)程中,后續(xù)加工工步建立在前一工步的加工硬化影響所積累的應(yīng)力應(yīng)變基礎(chǔ)上,已被加工硬化影響的表層難以被進(jìn)一步加工硬化,這意味著多工步加工過(guò)程中,第二工步的硬化系數(shù)要比第一工步大,這會(huì)導(dǎo)致殘余壓應(yīng)力增加。同時(shí),由于第一工步產(chǎn)生的熱軟化效應(yīng)以及第二工步產(chǎn)生的應(yīng)力與應(yīng)變積累也會(huì)對(duì)第二工步的加工表面殘余應(yīng)力分布產(chǎn)生影響。多種因素的疊加使得連續(xù)切削過(guò)程中殘余應(yīng)力分布規(guī)律改變,表現(xiàn)為圖6a與圖6b所示的第二工步已加工表面殘余應(yīng)力增大,且最大殘余應(yīng)力的位置距工件表面距離h發(fā)生改變。因此,多工步加工過(guò)程中,必須合理設(shè)置切削速度以獲得理想的殘余應(yīng)力分布。

3.2 進(jìn)給量對(duì)殘余應(yīng)力分布影響

為探究進(jìn)給量對(duì)殘余應(yīng)力的影響規(guī)律,設(shè)切削速度v=30m/min,背吃刀量ap=0.7mm、進(jìn)給量分別為0.02mm/r,0.04mm/r,0.06mm/r,0.08mm/r。按照前文所述殘余應(yīng)力提取方法,得到不同進(jìn)給量作用下已加工表面中點(diǎn)位置殘余應(yīng)力沿距離h的分布,如圖7所示,圖7a和圖7b分別表示第一工步和第二工步切削后的結(jié)果。同時(shí),為了直觀地分析數(shù)據(jù),表4給出了不同進(jìn)給量作用下已加工表面中點(diǎn)位置殘余應(yīng)力分布(0～0.5mm)的具體數(shù)值。

(a)第一工步

表4 已加工表面中點(diǎn)位置殘余應(yīng)力的分布值(0～0.5mm)

由圖7可知,在不同進(jìn)給量條件下,殘余應(yīng)力的分布趨勢(shì)趨于一致,即隨著h增大,壓應(yīng)力先增大到極大值(或拉應(yīng)力先減小到極小值),隨后減小到極小值(或拉應(yīng)力增大到極大值),最后殘余應(yīng)力趨近于0。從圖7a和表4可知,當(dāng)h為0～0.1mm時(shí),隨著進(jìn)給量增加,殘余壓應(yīng)力有增大的趨勢(shì)。然而,當(dāng)h在0.1～0.5mm范圍內(nèi),殘余拉應(yīng)力卻會(huì)隨著進(jìn)給量的增加而有增大的趨勢(shì)。這是由于進(jìn)給量的增加會(huì)導(dǎo)致切削力和切削溫度同時(shí)增大,而切削力在淺表層產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力對(duì)殘余應(yīng)力影響較大,因此出現(xiàn)h在0～0.1mm范圍內(nèi)殘余壓應(yīng)力增大的現(xiàn)象。隨著h不斷增大,機(jī)械應(yīng)力對(duì)殘余應(yīng)力的影響逐漸變小,切削熱對(duì)殘余應(yīng)力的影響逐漸起主導(dǎo)作用,因此出現(xiàn)0.1～0.5mm范圍內(nèi)殘余拉應(yīng)力增大的現(xiàn)象。

然而,從圖7b和表4可知,第二工步切削后的殘余壓應(yīng)力在0～0.1mm范圍內(nèi)暫無(wú)上述規(guī)律可循,而0.1～0.5mm范圍內(nèi)的殘余拉應(yīng)力趨勢(shì)同上所述。從圖7和表4中還可以發(fā)現(xiàn),在相同進(jìn)給量條件下,第二工步所引起的殘余應(yīng)力一般都會(huì)大于第一工步(極少數(shù)情況不滿(mǎn)足此結(jié)論,可能是由于第二工步切削時(shí)極其復(fù)雜的初始條件所導(dǎo)致)。眾所周知,壓縮塑性應(yīng)變會(huì)產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力,多工步切削中,第二工步相對(duì)于第一工步產(chǎn)生的壓縮塑性應(yīng)變更小,即殘余拉應(yīng)力更小(殘余壓應(yīng)力更大)。

4 正交試驗(yàn)與分析

4.1 不同工藝仿真正交試驗(yàn)方案

選擇L9(34)正交試驗(yàn)方案(切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量的三因素三水平的多工步切削正交試驗(yàn)),如表5所示,各變量取值范圍為:切削速度30～80m/min,進(jìn)給量0.02～0.10mm/r,背吃刀量0.1～0.7mm。每組試驗(yàn)可得出一組連續(xù)切削后工件表面下最大殘余應(yīng)力值,表6為正交試驗(yàn)結(jié)果。

表5 正交試驗(yàn)

表6 正交試驗(yàn)殘余應(yīng)力結(jié)果

4.2 極差分析

采用極差分析[11]可以讓切削速度、進(jìn)給量和背吃刀量對(duì)殘余應(yīng)力影響的多變量問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的單變量問(wèn)題,由極差分析表繪制各因素對(duì)殘余應(yīng)力的影響趨勢(shì),如圖8所示?？芍?當(dāng)切削速度或進(jìn)給量增大時(shí),最大殘余壓應(yīng)力單調(diào)增加;當(dāng)背吃刀量增加時(shí),殘余壓應(yīng)力單調(diào)降低。因此,為了降低多工步切削時(shí)工件中的殘余應(yīng)力,建議參數(shù)設(shè)置為:切削速度30m/min,進(jìn)給量0.02mm/r,背吃刀量0.7mm。

圖8 切削參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力(第二工步)的影響

5 刀具涂層對(duì)多工步切削過(guò)程殘余應(yīng)力影響

在實(shí)際多工步切削應(yīng)用中,為了減少刀具磨損,增加刀具壽命,刀具往往會(huì)覆上涂層,因此有必要討論刀具涂層對(duì)多工步切削過(guò)程殘余應(yīng)力影響。TiN作為常見(jiàn)的二元涂層之一,具有較小的摩擦因數(shù)及良好的抗磨蝕性能,能夠減少刀具的磨損進(jìn)而延長(zhǎng)刀具的使用壽命。TiAlN涂層是目前廣泛應(yīng)用的一種三元硬質(zhì)涂層,具有良好的硬度、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和抗高溫氧化性能[12]。因此,本文以TiN和TiAlN涂層為例進(jìn)行分析。

為探究不同進(jìn)給量情況下二元涂層和三元涂層對(duì)殘余應(yīng)力的影響,調(diào)整工藝參數(shù)為:刀具涂覆0.001mm的TiN涂層或涂覆0.001mm的TiAlN涂層;進(jìn)給量分別為0.04mm/r,0.06mm/r,0.08mm/r,0.10mm/r,所得結(jié)果如圖9和圖10所示。

(a)第一工步

(a)第一工步

與圖7相比,圖9和圖10雖然整體趨勢(shì)大體一致,但涂層會(huì)引起殘余應(yīng)力發(fā)生不同的變化:由圖9a和圖10a可知,第一工步切削作用時(shí),不管是TiN涂層還是TiAlN涂層,都會(huì)導(dǎo)致某些殘余應(yīng)力沿h發(fā)生上下波動(dòng)。而整體來(lái)看,不管有無(wú)涂層,加工工件表層的最大殘余壓應(yīng)力深度均在0.045～0.075mm,次表層的最大殘余拉應(yīng)力深度均在0.2～0.25mm,因此,涂層的改變對(duì)最大殘余應(yīng)力的位置影響較小。

圖11為無(wú)涂層、TiN涂層和TiAlN涂層情況下最大殘余壓應(yīng)力隨進(jìn)給量fc的變化曲線(xiàn)。由圖11a可知,已加工表面殘余壓應(yīng)力由大到小排列順序?yàn)門(mén)iAlN>TiN>無(wú)涂層。出現(xiàn)這種情況的原因是:相對(duì)于無(wú)涂層刀具,TiN、TiAlN涂層刀具及工件中都含有Ti元素,切削過(guò)程中彼此間Ti的親和性會(huì)導(dǎo)致工件與刀具之間發(fā)生嚴(yán)重的黏著磨損和擴(kuò)散磨損,這將產(chǎn)生極高的切削力和切削熱,從而在機(jī)械應(yīng)力的影響下導(dǎo)致殘余壓應(yīng)力增大[13]。第一工步切削完成后,三者的最大殘余應(yīng)力趨勢(shì)大致相同,即隨著進(jìn)給量增加,最大殘余壓應(yīng)力均增大,這是由于進(jìn)給量的增加導(dǎo)致機(jī)械載荷作用增強(qiáng),進(jìn)而導(dǎo)致工件的最大殘余應(yīng)力值增大。當(dāng)進(jìn)給量為0.08mm/r時(shí),TiAlN涂層情況下,最大殘余壓應(yīng)力達(dá)到極值;而無(wú)涂層和TiN涂層情況下,最大殘余壓應(yīng)力在進(jìn)給量為0.1mm/r時(shí)達(dá)到極值。由圖11b可知,已加工表面殘余壓應(yīng)力由大到小排列順序?yàn)門(mén)iAlN>無(wú)涂層>TiN。第二工步切削完成后,無(wú)涂層和TiAlN涂層情況下,最大殘余壓應(yīng)力隨進(jìn)給量增加而逐漸增大,當(dāng)進(jìn)給量為0.06mm/r時(shí)最大殘余壓應(yīng)力達(dá)到極大值,之后逐漸減小;而TiN涂層情況下,隨著進(jìn)給量增加,最大殘余壓應(yīng)力無(wú)明顯規(guī)律可循。

(a)第一工步

6 結(jié)語(yǔ)

基于AdvantEdge軟件對(duì)Ti6Al4V合金多工步切削加工進(jìn)行有限元分析,以工件已加工表面的殘余應(yīng)力為研究對(duì)象,分析了切削速度、進(jìn)給量以及涂層對(duì)殘余應(yīng)力的影響,得出以下結(jié)論:最大殘余應(yīng)力會(huì)隨著切削速度和進(jìn)給量的增加而增大;根據(jù)正交試驗(yàn)和極差分析的結(jié)果發(fā)現(xiàn),切削速度和進(jìn)給量會(huì)對(duì)殘余應(yīng)力產(chǎn)生較大的影響;TiN或TiAlN涂層的加入會(huì)導(dǎo)致最大殘余壓應(yīng)力增加,TiN或TiAlN涂層的加入對(duì)最大殘余應(yīng)力的位置影響較小。